[发明专利]一种超声波辅助激光沉积增材制造方法及装置

说明书

本发明提供了一种超声波辅助激光沉积增材制造方法及装置，属于增材制造领域。超声波辅助激光沉积增材制造方法利用超声振动头对沉积熔池施加超声振动；使超声振动头跟随沉积熔池移动，保持超声振动头到沉积熔池的振动传导距离不变，在沉积熔池移动过程中，通过移动超声振动头并保持超声振动到沉积熔池的振动传导距离不变，使沉积熔池的振幅保持不变，进而使形成的沉积层均一性提高，质量稳定。超声波辅助激光沉积增材制造装置，利用激光头定位单元监测移动激光沉积头的位置并将激光头位置信号传递给同步控制器，同步控制器根据激光头位置信号控制振动头，保持振动头与沉积熔池在基板下板面上的投影的距离不变，从而使沉积熔池的振幅保持不变。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，更具体地说，是涉及一种超声波辅助激光沉积增材制造方法及装置。

背景技术

铝合金及其复合材料具有密度低、比强度高、耐磨性能好等优异的性能，被广泛应用于交通运输、航空航天、机械产品以及能源通讯等领域。随着铝合金及其复合材料构件向整体化、形状复杂化、薄壁化、高精度化等方向发展，传统的成形加工工艺，如铸造、挤压、锻造、焊接、机加工等技术具有一定的局限性，生产过程耗时耗力、效率低、甚至无法制造。因此，将激光增材制造技术用于成形复杂结构的铝合金及其复合材料零件，有望为大尺寸、复杂形状铝合金及其复合材料零件提供一种新的快速制备方法。

激光熔化沉积技术是采用金属材料和激光束的同步输送，从而在基材上逐层沉积而形成零件。激光熔化沉积技术具有可将金属材料直接“近净成形”为金属零件，工序少，加工周期短；成形过程不需要采用铸造模具或锻造的大型锻压设备；沉积零件组织细小，力学性能优异；适合制备传统加工无法成形的小批量、复杂结构零件；可方便地同传统的加工技术及外场工艺复合，充分发挥各种技术的优势。

铝合金及其复合材料由于具有对激光能量吸收率低、导热率高、易氧化、粉末流动性差等特点，使其采用激光增材成形具有很大挑战，导致有关铝合金及其复合材料激光增材制造技术的研究较少。此外，由于激光沉积试样熔池中的冷却特点，试样中的晶粒组织并不均匀，熔合区处的显微组织为连续外延生长的定向柱状晶组织，沉积层中上部组织逐渐转变为等轴晶；且保护气氛中的水分、合金粉末及基材表面氧化膜中吸附的水分在激光沉积时能分解形成氢气，氢在铝合金中的溶解度随温度的下降而降低，熔池中析出的气体来不及逸出，在沉积试样中形成气孔，进而影响试样的致密度。目前，现有的超声波辅助激光增材制造技术，可以改善金属材料增材制备中因气孔而存在的致密度低等问题，然而，实际采用现有的超声辅助激光增材制造设备进行测试的过程中发现，在基材的不同位置，沉积层质量不稳定，尤其在制备大尺寸零件时，沉积层组织分布不均一，整体力学性能较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声波辅助激光沉积增材制造方法，以解决现有技术中存在的现有的超声波辅助激光增材制造技术方法制作的零件不同位置的沉积层质量不稳定，尤其在制备大尺寸零件时，沉积层组织分布不均一，整体力学性能较差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种超声波辅助激光沉积增材制造方法，包括：

清理基材加工面；

在所述加工面上形成沉积熔池；

利用超声振动头通过振动传导对所述沉积熔池施加超声振动；

使所述沉积熔池移动，移动超声振动头并保持所述超声振动头到所述沉积熔池的振动传导距离不变，使所述沉积熔池的振幅保持不变；

所述沉积熔池内的熔液冷却后形成沉积层。

进一步地，所述使所述沉积熔池形成超声振动包括：

利用超声振动头通过振动传导对所述沉积熔池施加超声振动；

所述使所述沉积熔池移动，并保持所述沉积熔池的振幅不变包括：